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簡(jiǎn)要描述:室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀中電化學(xué)傳感器的應(yīng)用天道牌空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀TD-AQM便攜式的電化學(xué)傳感器被用來(lái)方便探測(cè)甲醛氣體,這種傳感器有三電極,質(zhì)量輕,成本低,反應(yīng)靈敏,無(wú)需化學(xué)試劑而造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
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標(biāo)簽:電化學(xué)氣體傳感器;無(wú)需化學(xué)試劑;應(yīng)用
引言
甲醛被認(rèn)為是主要的污染物之一,就是因?yàn)樗母叨拘院蜐撛诘闹掳┬?,甲醛產(chǎn)生的來(lái)源有很多,比如工業(yè),交通,森林火災(zāi),以及吸煙產(chǎn)生的煙霧。它也可能從不同的物體內(nèi)散發(fā)出來(lái),比如新的家具和高分子材料在降解的過(guò)程中,因此,它也可以作為材料降解過(guò)程中的標(biāo)志分子。
甲醛檢測(cè)Z常用的分析方法利用液相質(zhì)譜結(jié)合2,肼衍生的方法。盡管這種方法可靠精確,但是他需要相對(duì)較貴的儀器而且只能在實(shí)驗(yàn)室完成[1]。因此,新型的甲醛探測(cè)方法和甲醛探測(cè)器的發(fā)展也就成了一個(gè)比較吸引人的課題。已經(jīng)存在的傳感器的測(cè)量原理,從能譜測(cè)量到電阻式測(cè)量,再到比色法,而后者是現(xiàn)在Z廣泛被研究的。金屬氧化物薄膜和納米金屬氧化物通常被用在傳感器的圖層上。盡管,使用這種放的靈敏度很高,但是,它本質(zhì)的缺陷是需要高溫,在濕潤(rùn)的環(huán)境下,測(cè)量不準(zhǔn)。為了克服高溫下的操作問(wèn)題,導(dǎo)電聚合物圖層被引入用來(lái)探測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物,比如甲醛。
經(jīng)過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)國(guó)外的電化學(xué)傳感器,從價(jià)格,分辨率,精度等方面考慮,而后選擇了國(guó)內(nèi)鄭州煒盛公司的傳感器,足以滿足室內(nèi)測(cè)量監(jiān)測(cè)的要求。
1 電化學(xué)氣體傳感器介紹
甲醛氣體傳感器有很多種類型,有熱導(dǎo)式,電導(dǎo)式,比色式,通常包括酶甲醛脫氫酶,然而,由于潛在的穩(wěn)定性問(wèn)題,對(duì)于其使用并不是在所有條件和環(huán)境下都合適。而無(wú)酶的電化學(xué)傳感器性能提升了很多,也使得其開(kāi)始被廣泛關(guān)注,盡管這種傳感器還比較少。
現(xiàn)有一種室溫伏安的多功能聚合物傳感層甲醛氣體傳感器,這是一種合成聚合物傳感涂層,其結(jié)合了分析積累能力,其衍生物通過(guò)ZSZZ的肼反應(yīng),同時(shí)其作用是用伏安測(cè)量聚合物電解質(zhì)。
電化學(xué)氣體傳感器按照工作原理可以分為以下幾種類型:燃料電池型氣體傳感器,極限電流型氣體傳感器,濃差電池型氣體傳感器。
2 電化學(xué)氣體傳感器的選型
商用絲網(wǎng)印刷電極用來(lái)當(dāng)作底座,與碳工作和對(duì)電極,以及銀準(zhǔn)參考電極。電化學(xué)電池由三個(gè)內(nèi)部合成傳感涂層的電極組成,這三個(gè)涂層作為分析物衍生媒介以及高分子電解質(zhì),三電極的系統(tǒng)涂有20 L of 1% HPA or PAA解決方案,一夜之間干,所有的解決方案都使用了Milli-Q水,聚丙烯酸用來(lái)接收和溶解在水中,離子聚丙烯酸酯在實(shí)驗(yàn)室中被準(zhǔn)備用來(lái)先溶解水中的聚丙烯酸,隨后,用克分子數(shù)相等的數(shù)量水合肼來(lái)中和它。循環(huán)伏安測(cè)量方法使用Autolab PGSTAT 30來(lái)運(yùn)行。
2.1 臭氧電化學(xué)氣體傳感器
臭氧的測(cè)量是空氣質(zhì)量和許多大氣化學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部分,傳統(tǒng)的臭氧監(jiān)測(cè)機(jī)制基于紫外吸收,相對(duì)較貴,并且有一定高的能量的損耗,限制了固定的地點(diǎn),而電化學(xué)傳感器僅僅需要5v的直流電,總共的耗電量還不到5W??傊亓坎怀^(guò)1公斤,這種電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的電壓信號(hào)一定比例于臭氧的濃度,其范圍是5-10ppm。兩個(gè)臭氧傳感器的性能有很好的線性度。傳感器的校準(zhǔn)和靈敏度受到相對(duì)濕度和氣體樣本的流動(dòng)率的影響,被分開(kāi)進(jìn)行。線性校準(zhǔn)曲線表明傳感器的性能WQ相同,即使是在不同的濕度和流動(dòng)率,為了要補(bǔ)償傳感器的基準(zhǔn)漂移而調(diào)零的過(guò)程中。快速的濕度變化(~20%/min)會(huì)在傳感器信號(hào)中產(chǎn)生顯著立刻的變化,傳感器需要大概40分鐘的時(shí)間來(lái)恢復(fù)到原始值。相反,慢速的濕度變化對(duì)傳感器響應(yīng)有微弱的影響。為了檢測(cè)小型化臭氧儀的性能,臭氧儀被用在實(shí)驗(yàn)室來(lái)檢測(cè)臭氧損耗,通過(guò)海水吸收和空氣質(zhì)量檢測(cè)18天,研究表明,臭氧被海水吸收是線性于海水表面微層的YYS的。18天中從臭氧傳感器中檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與使用紫外吸收法得到的數(shù)據(jù)具有很好的一致性。
2.2 甲醛電化學(xué)氣體傳感器
本文選擇的電化學(xué)甲醛傳感器ME3M-CH2O,其分辨率可達(dá)0.02ppm,當(dāng)傳感器暴露在甲醛氣體中的時(shí)候,甲醛氣體傳感器使用絲網(wǎng)印刷碳電極作為基底,工作電極響應(yīng)甲醛氣體,其表面使用改進(jìn)的聚丙烯酸離子傳感層,生成和甲醛氣體濃度成比例的極小電流,聚丙烯酸離子用來(lái)收集甲醛,同時(shí),也是聚合電極,根據(jù)甲醛傳感器的結(jié)構(gòu)可知,工作電極與對(duì)電極同時(shí)浸入到電解液中時(shí),通過(guò)測(cè)試電流的大小就可判定 CH2O 濃度的高低。每ppm甲醛氣體輸出1.1±0.5uA電流,在經(jīng)過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換后得到AD轉(zhuǎn)換器可以接收的模擬電壓值。外加電壓會(huì)使得兩電極間產(chǎn)生極化[2]。定電位電化學(xué)型甲醛傳感器有三個(gè)電極,圖1為其結(jié)構(gòu)圖。
在甲醛傳感器中,以及催化劑鎳、釕、鉑等金屬粒子的作用下,酸性電解液的電解池內(nèi),甲醛氣體向工作電極擴(kuò)散,而發(fā)生氧化還原反應(yīng)[3]。
2.3 CO電化學(xué)氣體傳感器
CO傳感器主要有可變電阻式以及電化學(xué)式兩種類型。CO傳感器選用的鄭州煒盛電子科技有限公司的ME2-CO,其中可變電阻式CO傳感器應(yīng)用高低溫循環(huán)方式,1000ppm的大量程,高溫清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體,因?yàn)椴捎玫臍饷舨牧显谇鍧嵖諝庵须妼?dǎo)率低,通過(guò)電路把電導(dǎo)率的變化對(duì)應(yīng)到一氧化碳?xì)怏w濃度,然后輸出相應(yīng)的電信號(hào);當(dāng)室內(nèi)氣體超過(guò)300ppm時(shí),說(shuō)明可燃?xì)怏w泄漏,實(shí)時(shí)報(bào)警。低溫檢測(cè)一氧化碳,隨空氣中的一氧化碳?xì)怏w濃度增加,一氧化碳傳感器的電導(dǎo)率增大[4]。
綜上所述,其實(shí)反應(yīng)狀態(tài)如圖2所示。
2.4 氨氣電化學(xué)氣體傳感器
本文選擇的氨氣傳感器和甲醛傳感器一樣,選用的鄭州煒盛電子科技有限公司的ME4-NH3,0.12±0.03uA/ppm電流輸出,同為電化學(xué)式傳感器??諝庵袎勖?/span>2年,分辨率為0.1ppm。
2.5 甲烷電化學(xué)氣體傳感器
本文選取的是鄭州煒盛公司的MC112型號(hào),MC112有四個(gè)引腳,甲烷傳感器的應(yīng)用電路如圖3所示。引腳包括表面涂有催化劑的檢測(cè)器件D和表面沒(méi)有涂催化劑的補(bǔ)償器件C,這兩個(gè)檢測(cè)器件構(gòu)成了電橋的兩臂,外加上阻值為兩個(gè)2K?贅和一個(gè)500?贅的電阻構(gòu)成了回路,以便回路中的工作電流不會(huì)因過(guò)大導(dǎo)致元件燒毀。
在應(yīng)用電路中,傳感器所工作的電橋需要3V的直流工作電壓,為傳感器在接觸甲烷氣體時(shí)能夠提供燃燒需要的熱量[5]。此時(shí)補(bǔ)償器件C無(wú)反應(yīng),電阻率,溫度以及電橋輸出電壓都不會(huì)變化,但是檢測(cè)器件的電阻率,溫度以及電橋輸出電壓都會(huì)發(fā)生變化,這個(gè)變化反應(yīng)了空氣中甲烷氣體的濃度值。
本文選取的是鄭州煒盛公司的MC112型號(hào),它屬于載體催化氣敏元件,MC112催化燃燒式甲烷傳感器,由圖可知,在低濃度時(shí),傳感器的線性度很好。甲烷傳感器的靈敏度特性如圖4所示。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了應(yīng)用在室內(nèi)空氣質(zhì)量?jī)x中的電化學(xué)氣體傳感器,這四款傳感器體積小,質(zhì)量輕,能夠解決現(xiàn)有的氣體監(jiān)測(cè)依靠化學(xué)方法而造成的周期長(zhǎng),操作復(fù)雜等麻煩,使得室內(nèi)空氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為未來(lái)發(fā)展的一種趨勢(shì)。
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